Вторично-эмиссионный ускоритель электронов

 

Использование: относится к ускорительной технике, конкретно к ускорителям электронов на основе несамостоятельного высоковольтного тлеющего разряда. Сущность изобретения: ускоритель электронов содержит полость 1 прианодной плазмы, перфорированные соосными отверстиями опорную решетку 2 выводного фольгового окна и анод 2, вторично-эмиссионный катод с проходной диэлектрической структурой на полное рабочее напряжение, катод ускорителя выполнен из двух частей, установленных каждый на своем проходном изоляторе, при этом катод 8 со сплошной металлической поверхностью расположен внутри катода 6 с рабочей поверхностью, перфорированной отверстиями, соосными отверстиям в аноде 3 и опорной решетке 2. 2 ил.

Изобретение относится к технике ускорителей элементарных частиц. Конкретно к ускорителям электронов на основе несамостоятельного высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), управляемого нормальным тлеющим разрядом (НТР), которые применяются в радиационной технологии, плазмохимии и в газовых лазерах с внесамостоятельным разрядом. Целью изобретения является повышение электронного пучка одновременно с двумя заданными энергиями электронов. Поставленная цель достигается тем, что во вторично-эмиссионном ускорителе электронов, содержащем полость прианодной плазмы, перфорированные соосными отверстиями опорную решетку выводного фольгового окна и анод, вторично-эмиссионный катод с проходной диэлектрической структурой на полное рабочее напряжение, катод ускорителя выполнен из двух частей, установленных каждый на своем проходном изоляторе, при этом катод со сплошной металлической поверхностью расположен внутри катода с рабочей поверхностью, перфорированной отверстиями, соосными отверстиям в аноде и опорной решетке: размер отверстий в наружном катоде d₁ к размеру отверстий в аноде d₂ должен соответствовать отношению: 1/2d₂>d₁>1/3d₂ внутренний катод через резистор с регулируемым сопротивлением соединен с источником питания на полное ускоряющее напряжение, а наружный катод через резистор с регулируемым сопротивлением и многополюсный ключ соединен с источником питания на частичное ускоряющее напряжение, низковольтный конец проходного изолятора наружного катода заземлен. Основным отличительным признаком заявляемого технического решения является получение в одной конструкции одновременной генерации двух параллельных электронных пучков с разными заданными энергиями электронов путем установки катода, состоящего из двух частей, расположенных один в другом. При этом наружный катод пропускает к внутреннему катоду часть потока ускоренных ионов и прозрачен для ускоренных вторичных электронов внутреннего катода. К отличительным признакам также можно отнести возможность регулировки спектра энергий электронов и мощности каждого из параллельных пучков с помощью общего регулирования источника питания, а также регулировки резисторами и переключениями ключом к соответствующим клеммам источника питания. Устройство схематически показано на фиг.1, на фиг.2 более подробно показаны отверстия в фольге, аноде и катоде. В качестве варианта технического исполнения предлагается схема вторично-эмиссионного ускорителя, работающего в импульсно-периодическом режиме, источник катодного питания которого замыкает импульсный трансформатор. Полость прианодной плазмы 1 ограничена опорной решеткой выводного фольгового окна 2 и перфорированной отверстиями d₂, соосными отверстиями опорной решетки D, анодом 3, а также стенками вакуумной камеры 4 и конструкциями ионизаторов 5. Устройство вакуумной откачки и натекание рабочего газа условно не показаны, как не имеющие отношения к предмету заявки. Наружный катод 6 с отверстиями d₁, соосными отверстиям в опорной решетке D и аноде d₂ закреплен через проходной изолятор 7 на заземленной нерабочей части анода. Внутренний катод 8 через проходной изолятор 9 установлен в катодной ноге 6. Уплотнение 10 разделяет вакуумный объем c объемом импульсного трансформатора 11, заполненном, в частности, трансформаторным маслом. К высоковольтному концу импульсного трансформатора 11 через резистор с регулируемым сопротивлением 12 подключен внутренний катод 8. Через ключ 13 и такой же регулируемый резистор наружный катод подключен к одной из обмоток импульсного трансформатора. Для измерения на токоподводах установлены датчики тока (пояса Роговского) 14. На высоковольтном конце вторичной обмотки импульсного трансформатора активный делитель напряжения 15, предназначенный для измерения общего ускоряющего напряжения. Для контроля напряжения на катодах на их токоподводах устанавливаются не показанные на схеме емкостные делители. Общий ускоряющий промежуток составлен из промежутков: внутренний катод - наружный катод 16, наружный катод - анод 17 (фиг.2). Устройство работает следующим образом. В импульсно-периодическом режиме с помощью ионизаторов 5 в полости прианодной плазмы 1 зажигается нормальный тлеющий разряд. При подаче ускоряющего напряжения на катоды ускорителя ионы из полости прианодной плазмы через отверстия в электродах устремляются на катод ускорителя. Часть ионов выбивает вторичные электроны из прилегающей поверхности отверстий наружного катода 6, остальные - с рабочей поверхности внутреннего катода 8. Вторичные электроны с наружного катода, ускоряясь в промежутке наружный катод - анод 16, попадают на периферийную зону ячейки с лучшими условиями теплоотвода. Вторичные электроны с внутреннего катода ускоряются в обоих промежутках. Их энергия выше и, соответственно, потери в разделительной фольге меньше, что создает более благоприятные термомеханические условия для фольги. Заданная разность требуемых энергий электронов позволяет заранее выбрать ускоряющий промежуток 16 и 17 такими, чтобы рабочая часть наружного катода 6 находилась под "естественным" потенциалом, т.е. совпадала бы с какой-нибудь из эквипотенциальных поверхностей, что исключает работу наружного катода в режиме "полого катода", неприемлемом для стабильной работы ускорителя. Изоляторы 7 и 9 нагружены каждый на свою разность потенциалов, что позволяет соответственно уменьшить их габариты. Полное напряжение держат в данном случае зазоры в заполненном маслом объеме трансформатора, что не вызывает технических трудностей. Общее ускоряющее напряжение регулируется изменением параметров источника питания, регулировка ускоряющего напряжения на обнаруженном катоде 6 осуществляется дискретно переключениями обмоток импульсного трансформатора 11 с помощью многополюсного ключа 13. Регулировка мощностей обоих параллельных пучков производится с помощью низкоомных резисторов с регулируемым сопротивлением 12. Размер отверстия в опорной решетке 2 выбирается из расчета термомеханической прочности фольги. Отношение размеров отверстий в аноде и наружном катоде можно определить из расчета ионно-электронно-оптической системы. Однако соотношение 1/2d₂>d₁>1/3d₂, как показала практика при разных уровнях энергий и с учетом возможности регулировки, обладает вполне приемлемой для практического конструирования достаточностью.

Формула изобретения

ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий вакуумную камеру с выводным окном, внутри которой расположены анод и катод, соединенные с источником питания, причем опорная решетка выводного окна, катод и анод перфорированы соосными отверстиями, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения электронного пучка с двумя одновременно заданными энергиями электронов введен дополнительный катод со сплошной металлической рабочей поверхностью, расположенный внутри катода с рабочей поверхностью, перфорированный отверстиями, при этом каждый из катодов установлен на своем проходном изоляторе, внутренний катод через резистор с регулируемым сопротивлением соединен с источником питания на полное напряжение; а наружный катод через резистор с регулируемым сопротивлением и многополюсный ключ соединен с источником питания на частичное ускоряющее напряжение, низковольтный конец проходного изолятора наружного катода заземлен, а размер отверстий в наружном катоде d₁ (м) и размер отверстий в аноде d₂ (м) удовлетворяют условию: 1/2 d₂ > d₁ > 1/3 d₂.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2